[发明专利]一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法

权利要求书

1.一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，其特征在于：所述控制方法的被控制对象包括自动驾驶车辆(101)、模型预测控制算法(102)及PID控制器(104)，并包括以下步骤：

所述模型预测控制算法(102)在预测时域内通过预测模型递推所述自动驾驶车辆(101)状态，预测模型如公式(1)所示，

模型状态为x＝[s,v,ρ,γ]^T，其中，s为车辆行驶距离，v为车速，ρ为车辆行驶轨迹曲率，γ为车辆横摆率，模型的控制输入为其中，a_xu为车辆纵向加速度，为车辆转向时横摆率导数，

模型预测控制算法(102)的性能指标如公式(2)所示，

其中，s_e为车辆预瞄时长内行驶距离，v_e为自动驾驶车辆规划层输出的期望车速，ρ_e为自动驾驶车辆行驶道路的曲率，γ_e为车辆转向时的期望横摆率，a_y为车辆转向时的横向加速度，

公式(2)中的预瞄时长内的道路ρ_e由车辆行驶距离与道路曲率的数据表格查表、线性插值计算，插值方法如公式(3)所示，

其中，k为预瞄时长内的采样点，(s_l,ρ_l)、(s_u,ρ_u)为车辆行驶距离与道路曲率的数据表格中的数据，ρ_l为位置s_l处的曲率，ρ_u为位置s_u处的曲率，由当前车辆行驶位置s确定，确定条件为s_l≤s≤s_u，

公式(2)中的期望车速v_e由计算方式如公式(4)所示，

其中，v₀为上层规划的车辆速度，μ为路面附着系数，g为重力加速度，

根据公式(3)和公式(4)计算车辆的期望横摆率，如公式(5)所示，

γ_e(k)＝v_e(k)ρ_e(k) (5)

公式(2)中a_xu为纵向加速度按公式(6)限制优化，

-a_max≤a_xu(k)≤a_max (6)

设计纵向加速度的模型预测控制器如公式(7)所示，

通过公式(7)优化求取期望纵向加速度a_xu，进而通过所述PID控制器(104)控制车辆加速度跟踪此期望纵向加速度a_xu实现车辆速度控制。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，其特征在于：所述模型预测控制算法(102)的预测时域为速度预瞄控制的预瞄时长。

3.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，其特征在于：所述模型预测控制算法(102)的性能指标包括车辆行驶距离、车速、车辆行驶轨迹曲率和车辆转向横摆率。

4.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，其特征在于：为验证所述模型预测控制算法(102)，基于一种高精度多体车辆动力学仿真软件veDYNA仿真自动驾驶车辆(101)，仿真测试中车辆期望行驶轨迹为U形轨迹，包括两段直行道路和一段半圆道路，道路各点位置与曲率的对应关系存储在控制器中，形成车辆行驶距离与道路曲率的数据表格，用于预测控制器调用、插值，在预瞄时长内获取道路曲率信息(103)。

5.根据权利要求4所述的一种自动驾驶车辆速度预瞄控制方法，其特征在于：所述直行道路的长度为120m，所述半圆道路的半径为40m，即曲率为0.025m^-1。